Сравнение 3d-печати и традиционного литья песком производители

Когда заходит речь о выборе между аддитивными технологиями и классическим литьём, многие почему-то сразу представляют себе войну 'старого' с 'новым'. На деле же всё гораздо тоньше - иногда 3D-печать форм оказывается тем самым недостающим звеном, которое годами искали в цехах. Особенно это касается сложных отливок, где геометрия традиционные методы просто душат.

Где песчаные формы всё ещё непобедимы

Вот смотрите - для серийного производства простых деталей классическое литьё в песчаные формы пока не имеет альтернатив по экономике. Когда нужно делать тысячи одинаковых крышек или корпусов - тут даже обсуждать нечего. Но вот в истории с турбинной лопаткой для энергетики, где у нас были тонкие внутренние каналы охлаждения... Тут уже пришлось серьезно подумать.

Помню, как в 2018 году мы пытались сделать оснастку для такой лопатки традиционным способом. Месяц работы, три итерации - и всё равно припуски где-то съели, где-то недобрали. А клиенту нужно было прототипы за две недели получить. Вот тогда-то мы в CH Leading и начали экспериментировать с BJ-технологией.

Кстати, о технологии струйного склеивания - многие до сих пор путают её с SLS, хотя принцип совершенно другой. В BJ мы работаем с порошком, который склеивается связующим, и это даёт совершенно другую точность для литейных форм. Особенно для тех самых песчаных форм, где важна чистота поверхности.

Практические сложности перехода

Когда мы в CH Leading только начинали внедрять 3D-печать для литейного производства, были и провалы. Один запомнился особенно - пытались напечатать форму для алюминиевого корпуса редуктора. Геометрия вроде бы простая, но мы не учли термические напряжения при печати крупной детали. В результате - трещины по углам после прокалки.

Пришлось пересматривать стратегию поддержек и температурный режим. Это к вопросу о том, что просто купить оборудование недостаточно - нужны именно те самые 'очень богатый практический опыт', о котором в компании говорят. Без понимания физики процесса можно долго наступать на одни и те же грабли.

Сейчас уже отработали технологию до мелочей - например, для чугунного литья используем специальные покрытия для форм, которые печатаем на своем же оборудовании. Это позволяет добиться чистоты поверхности как при традиционном литье, но с гораздо более сложной геометрией.

Экономика против возможностей

Вот что действительно важно понимать производителям - 3D-печать форм не всегда дешевле. Для единичных изделий и прототипов - да, экономия на оснастке колоссальная. Но когда речь идет о серии от 50 штук - уже нужно считать очень внимательно.

У нас был кейс с зубчатым колесом для горного оборудования. Для традиционного литья нужно было делать модель, оснастку - это недели работы и тысячи долларов. Напечатали форму за три дня, отлили пробную партию - и сразу увидели, где нужно доработать конструкцию. В итоге клиент сэкономил месяца два времени и тысяч пятнадцать на итерациях.

Но вот для массового производства того же колеса в итоге выбрали традиционный метод - после всех доработок оказалось выгоднее. Так что вопрос не в том, что лучше, а в том, что целесообразнее в конкретной ситуации.

Технологические нюансы, о которых редко говорят

Мало кто упоминает, но при 3D-печати песчаных форм есть проблема с газопроницаемостью. В традиционных формах песчинки укладываются определенным образом, образуя естественные каналы для выхода газов. В напечатанных формах структура другая, и это нужно учитывать.

Мы в CH Leading несколько месяцев экспериментировали с разными фракциями песка и связующих, пока не подобрали оптимальное соотношение. Оказалось, что для стального литья нужна одна плотность, для цветных сплавов - совсем другая.

Еще один момент - точность размеров после прокалки. Форма дает усадку, и её нужно точно предсказывать. Мы для своего оборудования составили целые таблицы поправок - для разных геометрий, разных зон формы. Без этого ни о какой серийности речи быть не может.

Будущее гибридных решений

Сейчас мы все чаще приходим к гибридным решениям. Например, основную часть формы делаем традиционным способом, а сложные элементы - печатаем. Или наоборот - печатаем основу, а ответственные поверхности дорабатываем механически.

В прошлом месяце как раз закончили проект для аэрокосмической отрасли - там были элементы с охлаждающими каналами сложной формы. Полностью напечатанные стержни показали себя лучше традиционных - меньше брака по газовым раковинам.

Думаю, лет через пять такое комбинирование станет стандартом для сложных отливок. Потому что 3D-печать и традиционное литьё - это не конкуренты, а скорее взаимодополняющие технологии. Каждая со своими сильными сторями.

Оборудование и материалы - что изменилось за последние годы

Когда мы начинали в CH Leading, выбор оборудования для печати песчаных форм был небогатым. Сейчас ситуация кардинально поменялась - появились машины, которые могут печатать формы размером под метр и больше. Но главное - не размер, а стабильность процесса.

На своем опыте скажу - лучше иметь надежную машину среднего размера, чем гиганта с постоянными проблемами выравнивания. Мы через это прошли - купили сначала большую установку, а потом полгода мучились с калибровками. Сейчас работаем на оборудовании собственной разработки - специально под задачи литейного производства.

С материалами тоже прогресс - появились композитные порошки, которые дают лучшую поверхность отливки. Но тут есть подводные камни - не все они подходят для последующей регенерации. А это важно для экономики процесса.

Выводы, которые можно сделать уже сегодня

Если подводить итоги, то скажу так - 3D-печать песчаных форм уже перестала быть экзотикой. Для опытных образцов и мелкосерийного производства сложных деталей она часто оптимальна. Но требовать от неё чудес экономики для массовых простых отливок - наивно.

Самое ценное, что дала нам эта технология - скорость итераций. Раньше на доводку сложной отливки уходили месяцы, сейчас - недели. Это меняет сам подход к проектированию.

И да - важно помнить, что технология продолжает развиваться. То, что вчера казалось ограничением, сегодня уже решено. Главное - не зацикливаться на старых подходах и быть готовым пробовать новое. Как это делаем мы в CH Leading, постоянно работая над улучшением своих решений для промышленного внедрения.